Exploração das Potencialidades da Biosfera - Produção de Alimentos

• O crescimento da população humana tem sido acompanhado por um aumento da exploração dos recursos da biosfera e pela introdução de desiquilíbrios.

Da Agricultura tradicional à Intensiva

• As plantas, os animais e os produtos que deles derivam constituem, na sua quase totalidade, os recursos alimentares do Homem que são obtidos essencialmente, pela agricultura, pecuária e pesca.

• A partir da segunda metade do século XX, a necessidade crescente de alimentos e o desenvolvimento científico e tecnológico das sociedades traduziram-se num aumento da produção de bens alimentares, para o qual contribuiram os seguintes factores:

• desenvolvimento de equipamento agrícola;
• utilização de fertilizantes químicos e pesticidas na agricultura;
• desenvolvimento de técnicas mais eficientes de irrigação;
• intensificação e modernização da pecuária e da aquacultura;
• melhoria das embarcações e das técnicas de pesca;
• aplicação da biotecnologia no melhoramento de espécies de organismos utilizadas na alimentação humana e no aumento da sua produtividade.

• O desenvolvimento de novos equipamentos e produtos de uso agrícola foi acompanhado da alteração de um modelo de agricultura tradicional, de tipo familiar, para a agricultura intensiva, assente na monocultura, nos países industrializados.
  
  

  

• Agricultura Tradicional: cultivo de pequenas áreas em regime de policultura, com utilização de técnicas que preservam a rentabilidade do solo, tais como:

• rotação de culturas;
• pousio;
• aplicação de adubos orgânicos;
• associação de espécies com diferentes necessidades em elementos minerais;
• rega manual, muitas vezes com recurso a desvio de água dos rios ou a poços;
• trabalho essencialmente manual ou com a ajuda de animais.

Consequências:

• produção de alimentos em pequena quantidade, que apenas satisfaz as necessidades familiares ou de uma pequena comunidade;
• mantém a fertilidade do solo;
• não causa poluição do solo ou da água;
• preserva os recursos hídricos.

• Agricultura Intensiva: cultivo de grandes áreas, em regime de monocultura, com apenas uma espécie.

As tecnologias aplicadas incluem:

• utilização de adubos sintéticos;
• utilização de pesticidas;
• rega automática;
• trabalho executado por máquinas.

Consequências:

• produção de alimentos em grande quantidade, destinados a serem comercializados;
• a obtenção de novas áreas agrícolas é muitas vezes feita à custa da desflorestação;
• os elementos minerais do solo esgotam-se rapidamente, conduzindo à degradação do solo e à desertificação;
• a falta de biodiversidade torna mais comum o aparecimento de doenças e de pragas;
• o excesso de adubos e pesticidas polui o solo e a água;
• os volumes de água utilizados na irrigação contribuem para o esgotamento dos recursos hídricos;
• consumo de grandes quantidades de energia fóssil.

Outras estratégias para aumentar a produção de alimentos

• Reprodução Selectiva: é utilizada desde há vários séculos e baseia-se na selecção artificial para obter variedades de plantas ou animais com características vantajosas.

• Em cada geração, são promovidos os cruzamentos entre indivíduos que apresentam as características desejadas, que, assim, aumentam a sua representatividade na geração seguinte.
• A reprodução selectiva permite:

• obter produtos de melhor qualidade, como frutos, sementes, carne, leite, ovos ou peles;
• melhorar as capacidades de reprodução, o que permite obter uma descendência mais numerosa;
• obter variedades de plantas e animais mais resistentes a doenças e parasitas.

• Nos animais, a reprodução selectiva foi facilitada com o desenvolvimento das técnicas de inseminação artificial. O sémen de um macho com características vantajosas pode ser usado para inseminar uma grande quantidade de fêmeas.
• Desvantagens associadas à reprodução selectiva:

• é um processo lento;
• apenas permite combinar características de indivíduos da mesma espécie ou de espécies relacionadas;
• as variedades resultantes perdem eficácia num período de tempo curto devido a pragas e doenças.
  
  

  

• Propagação Vegetativa: permite a obtenção de clones de plantas com características desejáveis, por reprodução assexuada. As plantas possuem uma grande capacidade de regeneração devido à totipotência de algumas das suas células. A propagação por estaca, a mergulhia e a enxertia são algumas das técnicas de propagação vegetativa.

• Cultura de Tecidos e Micropropagação Vegetal:

• A micropropagação é uma extensão dos métodos tradicionais de propagação vegetativa.
• A clonagem de plantas com características desejáveis é obtida pela cultura in vitro de tecidos vegetais, sob determinadas condições de assepsia, num meio com nutrientes e hormonas e com controlo de factores abióticos, como a luz, temperatura, oxigénio e CO2.
• Processo:

1. Escolha do explante – a escolha do explante condiciona o grau de sucesso na micropropagação, pelo que a sua fonte deverá ser cuidadosamente escolhida. Os explantes devem ser provenientes de plantas jovens adultas, de preferência de zonas de crescimento activo, nomeadamente dos meristemas.
2. Desinfecção do explante: a desinfacção é feita em etapas, com recurso a álcool etílico comercial em concentração de 50 a 70%, hipoclorito de sódio (lixívia) ou cálcio, seguido de lavagens com água destilada.
3. Incubação em meio de crescimento: o explante é incubado em meio de crescimento, contendo uma mistura de sais minerais, fonte de energia (sacarose), vitaminas e fito-hormonas (tais como auxinas e citocininas). As células crescem e multiplicam-se indefinidamente, desde que o meio seja periodicamente renovado. O conjunto de células indiferenciadas denomina-se tecido caloso.
4. Transferência do tecido caloso para meio contendo determinadas concentrações hormonais – organogénese.
5. As plântulas regeneradas in vitro são aclimatizadas e transferidas para o solo.

• Explante: fragmento de tecido vegetal obtido a partir de uma planta e que será propagado para a obtenção de outra.
• Tecido Caloso: tecido muito heterogéneo formado por uma massa de células, predominantemente parenquimatosas, em proliferação. O tecido caloso pode ser dividido e subcultivado por sucessivas gerações.
• As células do tecido caloso podem ser induzidas a regenerar plantas completas através de:
  • Embriogénese somática – consiste na produção de estruturas semelhantes a embriões a partir de células somáticas. Os embriões somáticos são estruturas bipolares independentes que sofrem um desenvolvimento em plântulas semelhante ao dos embriões zigóticos.
  • Organogénese – consiste na formação de estruturas caulinares ou radiculares a partir do tecido caloso. Também pode verificar-se organogénese directamente a partir do explante.
• As plantas que se originam a partir desta técnica são geneticamente idênticas às plantas que lhes deram origem.
• A micropropagação permite:

• a protecção das culturas contra as doenças/produção de plantas livres de vírus por cultura de meristemas;
• a obtenção de taxas de multiplicação e crescimento superiores ao normal;
• o controlo de factores ambientais adversos;
• a realizaçao de pesquisas de melhoramento genético;
• a obtenção de grandes quantidades de compostos a custos reduzidos – é a partir do seu metabolismo que as plantas produzem substâncias químicas com propriedades farmacológicas. Cerca de 25% dos medicamentos prescritos possuem produtos extraídos de de plantas, sendo os procedimentos para a sua extracção extremamente dispendiosos. As técnicas de cultura poderão representar uma forma de facilitar a obtenção/extracção desses produtos, com maior grau de pureza;
• a redução do espaço para o seu crescimento;
• a propagação de espécies de difícil reprodução;
• a obtenção de plantas homozigóticas para todos os genes por cultura de anteras, seguida de indução da duplicação cromossómica.

• Cultura de Protoplastos:

• Protoplastos: células vegetais cujas paredes celulares foram removidas por processos mecânicos ou enzimáticos, deixando a célula apenas protegida pela membrana plasmática.
• Aplicações dos protoplastos:

• podem ser cultivados in vitro e regenerar plantas completas;
• são utilizados na transformação genética de plantas, uma vez que a ausência de parede celular torna mais fácil a introdução de DNA estranho;
• são utilizados na obtenção de plantas híbridas, por fusão em cultura.

• Há variedades de plantas que poderão ser produzidas no futuro através da manipulação de plantas haplóides, criadas com recurso à micropropagação e a partir de grãos de pólen isolados. Depois, a partir da fusão de protoplastos (pertencentes ou não à mesma espécie), produzem-se células híbridas. Os protoplastos (depois de reconstituída a parede celular) podem crescer num meio de cultura, originar tecido caloso e daí criar uma nova planta transgénica, com as características das duas plantas iniciais.
• A regeneração a partir da fusão de protoplastos encontra algumas dificuldades no que diz respeito à produção de plantas monocotiledóneas, como o milho, o trigo e o arroz. Contudo em dicotiledóneas já apresenta grandes progressos.
  

  
  
  
  

• Controlo hormonal do crescimento e desenvolvimento das plantas:

• As hormonas vegetais desempenham diferentes funções dependendo do local onde actuam, do estádio de desenvolvimento do órgão e da sua concentração. São precisamente estes factores que são controlados na cultura de células e tecidos vegetais in vitro.
• Funções das hormonas vegetais:

Hormonas	Função desempenhada na planta
Auxinas	Promove o desenvolvimento de raízes e caules, através do alongamento de células recém-formadas nos meristemas.
Giberelinas	Estimulam o crescimento de caules e folhas. Juntamente com as auxinas, estimulam o desenvolvimento de frutos.
Citocininas	Estimulam a divisão celular.
Ácido abscísico	Inibe o crescimento das plantas.
Etileno	Induz o amadurecimento dos frutos.

• Contudo, quando combinadas entre si, as hormonas podem ter influências diversas das apresentadas.

• Criação e Clonagem de Animais:

• Nas últimas décadas, o número elevado e crescente de animais em explorações levou a pecuária a uma intensificação preocupante, conduzindo a uma exagerada produção de efluentes, cujo armazenamento, tratamento e destino levantam problemas ambientais e sócio-económicos.
• A criação de animais destinados à alimentação humana em espaços restritos e densamente ocupados, como aviários e suiniculturas, permite produzir grandes quantidades de carne em pouco tempo, mas recorre, geralmente, à utilização de substâncias com efeitos adversos sobre a saúde humana, tais como:

• Antibióticos: previnem doenças e inibem o crescimento de bactérias da flora intestinal, o que permite canalizar os nutrientes exclusivamente para o crescimento do animal. Aumentam os riscos de reacções alérgicas e de desenvolvimento de resistências em seres humanos.
• Hormonas: permitem aumentar a produção de massa muscular, conferindo ao animl maior peso. No entanto, os compostos fornecidos aos animais podem não ser destruídos durante a preparação de alimentos e, eventualmente, originar dioxinas, que são potencialmente tóxicas e cancerígenas. Estas substâncias podem entrar na cadeia alimentar humana e causar efeitos nefastos nos sistemas imunológico e neurológico, principalmente nas crianças.
• Farinhas de origem animal: permitem aumentar a quantidade de proteínas na alimentação do animal, mas podem introduzir desiquilíbrios, como o que levou ao aparecimento da variante humana da encefalopatia espongiforme bovina (BSE)

• A clonagem de animais, como ovelhas ou coelhos, pode ser conseguida através de fecundação in vitro seguida da divisão e transferência de embriões. As primeiras células que resultam da divisão do zigoto são totipotentes e podem ser separadas e cultivadas em meio de cultura apropriado, dando origem, cada uma delas, a um embrião que é implantado no útero de uma fêmea. Esta técnica permite a selecção de gâmetas de animais com características vantajosas que, assim, vão originar numerosos descendentes num curto espaço de tempo.
• A generalização da clonagem animal será acompanhada de uma perda de variabilidade genética, que se traduz numa menor capacidade de adaptação da espécie às alterações do ambiente.

• Organismos Geneticamente Modificados (OGM):

• A tecnologia do DNA recombinante torna possível a manipulação do genoma de plantas e animais utilizados na alimentação humana, com determinados objectivos:

• melhoramento das propriedades nutritivas;
• aumento da produção de carne, leite, sementes, frutos e outros géneros;
• tolerância a condições ambientais adversas;
• resistência a herbicidas;
• alteração da maturação de frutos.

• Aplicações da Biotecnologia na criação de animais:

• biorreactores: criação de cabras, porcas e ovelhas transgénicas que produzem, no leite, proteínas humanas de importância biomédica, como anticoagulantes, por exemplo, que serão posteriormente extraídas;
• utilização de organismos para estudos moleculares que contribuam para testar agentes terapêuticos de prevenção e combate a doenças;
• melhoria nas taxas de crescimento e produção de fibras têxteis (lã). Os casos de maior sucesso no aumento de massa corporal ocorreram com peixes e na produção de têxteis, sem haver alteração nas propriedades das fibras;
• obtenção de animais com defesas selectivas para determinadas doenças (por exemplo, resistência ao vírus Influenza).

• Há uma natural dificuldade em implementar os processos biotecnológicos nos animais, comparativamente às plantas, uma vez que estes não apresentam células totipotentes após o desenvolvimento embrionário.
• As plantas transgénicas são fáceis de obter porque possuem um ciclo de vida curto, produzem uma descendência numerosa e têm uma grande capacidade de regeneração.
• Na transformação genética de plantas é frequente a utilização como vector do plasmídio de Agrobacterium tumefaciens. Esta espécie de bactéria vive no solo e infecta as plantas, causando tumores. A capacidade infecciosa reside num gene do plasmídio Ti. O plasmídio Ti pode ser manipulado de modo a substituir o oncogéne por um gene com interesse que é transferido para a planta.
• Em plantas que não são infectadas por Agrobacterium tumefaciens, a introdução de DNA exógeno em protoplastos ou o bombardeamento de partículas também tem bons resultados.
• Um exemplo comum de OGM é o milho Bt, capaz de produzir naturalmente o insecticida. Este milho foi produzido obtendo o gene de uma bactéria do solo, a Bacillus thuringiensis (Bt), que produz uma toxina mortal para as larvas.
• Impactos/riscos dos OGM vegetais:

• Há a confirmação de transferência de substâncias alérgicas, havendo ainda muitos OGM à venda contendo proteínas cujo potencial alérgico não foi testado.
• Foram feitos estudos em ratos alimentados com batatas geneticamente modificadas, observando-se que o sistema imunitário do animal ficou debilitado.
• Na agricultura, o uso de OGM resistentes a herbicidas pode incentivar ao uso de doses elevadas destes produtos, agravando o problema da poluição de aquíferos, e causando problemas de saúde, como diversas formas de cancro.
• Não é possível separar culturas transgénicas das convencionais. O pólen pode percorrer mais de 180 km num só dia. Assim, pode haver transferência dos transgenes para as espécies nativas, originando poluição genética.
• Os OGM são uma novidade para a natureza, e a possível inexistência de predadores naturais pode facilitar a sua expansão e competitividade com espécies nativas, pondo em causa a biodiversidade.
• Devido ao ganho de resistência aos herbicidas dos OGM, e ao consequente exagero do seu uso, determinadas plantas podem tornar-se «superpragas», ganhando resistências. Tal já aconteceu na Grã-Bretanha.
• Estudos provam que as folhas das plantas Bt podem alterar a composição biológica do solo, o que poderá provocar um desiquilíbrio biológico, com repercursões nos ciclos biogeoquímicos (água, azoto, etc.).
• As toxinas produzidas pelo milho Bt podem afectar outros insectos que não são pragas importantes, mas que são muito sensíveis à toxina produzida.
• Possibilidade de disseminação do transgene pelo pólen e de a toxina se encontrar no néctar ou no pólen da planta e assim ser incluída na produção de mel pelas abelhas, sendo potencialmente alérgica para os humanos, obrigando a que esse milho apenas fosse usado nas rações alimentares dos animais.
• Desenvolvimento do gene Terminator (actualmente proíbido), que desactivava a capacidade de uma semente germinar quando plantada no ano seguinte.
• Os genes que conferem resistência aos antibióticos são utilizados como marcadores para seleccionar os transgénicos. Mas alguns podem escapar dos OGM e passar para as bactérias.

Papel da Biotecnologia no combate à fome

• A cultura de tecidos e a micropropagação vegetal são as técnicas de maior sucesso na produção de géneros alimentares, em mercados da Ásia, América Latina e África, pois são pouco dispendiosas e adequadas às potencialidades económicas dos países em questão.
• Exemplos de projectos biotecnológicos em curso nos países do Terceiro Mundo que visam aumentar a produtividade agrícola e, desta forma, combater a fome e subnutrição:

• produção de arroz transgénico resistente ao vírus RYMV endémico do continente africano, capaz de dizimar arrozais na sua totalidade;
• produção de arroz com consideráveis quantidades de ferro e vitamina A (o arroz constitui muitas vezes o único alimento disponível);
• criação de variedades de plantas resistentes a secas para impulsionar a produtividade das zonas semiáridas do continente;
• criação de variedades de trigo e milho resistentes ao alumínio, prontas para crescer em solos tropicais com elevados teores deste metal.

• A Biotecnologia não constitui, por si só, uma solução para a fome no mundo. A prossecução desse objectivo só pode ser concretizada através de medidas políticas e sócio-económicas de âmbito local e global.